Der UMC 0.18 Design Flow am Beispiel eines PDA ... - Mpc.belwue.de

Neues von der DATE 2009
Es ist fraglich, ob europäische Unternehmen in
Zukunft noch den großen Aufwand für die neuen
Fertigungsanlagen stemmen können.
Neben diesen betriebswirtschaftlichen Aspekt, sind
mit der weiteren Strukturverkleinerung auch massive
technische Probleme verbunden.
Die Strukturverkleinerung stößt inzwischen an die
physikalischen Grenzen. Die Gate-Oxiddicke der
MOS-Transistoren beträgt nur noch etwa 1,5 nm, das
sind 5 Atomlagen. Dadurch entstehen Leckströme
sowohl durch das Gateoxid (Tunelstöme), als auch
zwischen Drain und Source. D.h. das Gateoxid ist
kein Isolator mehr und der Transistor schaltet den
Drainstrom nicht mehr vollständig ab.
Bild 2: Leckströme am MOS-Transistor [2]
Die Leckströme treten verstärkt ab 65nm auf. Die
Beherrschung dieser Leckströme wird zu einem
Hauptproblem der zukünftigen Technologie-
Entwicklung.
Wegen der Gate-Leckströme muss das Gateoxid als
Widerstand R gbd angesehen werden.
Bild 4: Spannungsabhängigkeit von R gbd
Um den Gate-Leckstrom zu reduzieren, wäre es
günstig die Betriebsspannung VCC zu verkleinern.
Das ist nur bedingt möglich. Die Verzögerungszeit t D
einer CMOS-Schaltung ist näherungsweise
proportional zum Kehrwert von VCC:
t D ~ C · tox /(VCC - VT)
Deshalb führt eine Verkleinerung von VCC zu einer
Vergrößerung der Verzögerungszeiten.
In der Vergangenheit wurde als Kompensation die
Schwellenspannung VT verkleinert. Auch dies ist in
Zukunft kaum noch möglich, da bei weiterer
Verkleinerung der VT die Source-Drain-Leckströme
stark zunehmen. Deshalb wird voraussichtlich die
Betriebsspannung VCC nicht mehr wesentlich unter
1V reduziert werden. Die Wahl der Betriebsspannung
ist also eine Gratwanderung zwischen Leckstrom und
Geschwindigkeit.
Interessant ist auch die Temperaturabhängigkeit der
beiden Leckströme. Das nächste Bild [2] zeigt das
Temperaturverhalten des Gate- und des Source-
Drain-Leckstromes. Bei niedrigen Temperaturen
dominiert der Gate-Leckstrom, bei hohen
Temperaturen dagegen der Source-Drain-Leckstrom.
Bild 3: Spannungsabhängiger Widerstand Gate-Oxid R gbd
Das nächste Bild zeigt die Spannungsabhängigkeit
von R gbd [1]. Der Widerstand nimmt also stark mit der
Versorgungsspannung ab.
MPC-Workshop, Februar 2009
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